- Do an tot nghiep voi de tai "Giai thuat di truyen giai bai toan mang quang chiu loi da tang"

1. 1
GI I THU T DI TRUY N GI I BÀI TOÁN THI TẢ Ậ Ề Ả Ế
K M NG QUANG CH U L I ĐA T NGẾ Ạ Ị Ỗ Ầ
10/9/13
Sinh viên : Nguy n Văn L ngễ ươ
L pớ : Khoa h c máy tính – K52ọ
Gi ng viên h ngả ướ
d nẫ
: TS. Huỳnh Th Thanh Bìnhị
Đ ÁN T T NGHI PỒ Ố Ệ

2. N i dungộ
1. Gi i thi uớ ệ
2. Phát bi u bài toánể
3. Gi i thu t đ xu tả ậ ề ấ
4. K t qu th c nghi mế ả ự ệ
5. K t lu nế ậ

3. GI I THI UỚ Ệ
10/9/13 3

4. Gi i thi uớ ệ
 Nhu c u k t n i tăng cao:ầ ế ố
 S l ngố ượ
 L u l ngư ượ
 Yêu c u m i k t n i:ầ ỗ ế ố
 T c đ truy n t i caoố ộ ề ả
 T c đ x lý nhanhố ộ ử
 S c :ự ố
 Đ ng đ tộ ấ
 Sóng th nầ
 Con ng iườ
 …..
Mô hình m ng IP/WDMạ M ng ch uạ ị
l iỗ

5. M ng IP/WDMạ
(T ng IP)ầ
(T ng WDM)ầ
M ng logicạ
M ng v t lýạ ậ
Đ nh logicỉ
(IP router)
Đ nh v t lýỉ ậ
(Switch)
C nh v t lýạ ậ
(Cáp quang)
C nh logicạ
Lightpath
(Đ nh tuy n)ị ế
Đ ng truy nườ ề
v t lýậ

6. PHÁT BI U BÀI TOÁNỂ
Bài toán thi t k m ng quang ch u l i đaế ế ạ ị ỗ
t ngầ
(Multilayer Survivable Optical Networks Design – MSOND)
10/9/13 6

7. Đ u vàoầ
 G1 = (V1, E1) : Đ th bi u di nồ ị ể ễ m ng v t lýạ ậ
 Đ n đ th vô h ng, đ y đơ ồ ị ướ ầ ủ
 Tr ng s c nh là chi phí thi t l pọ ố ạ ế ậ c nh v t lýạ ậ
 G2 = (V2, E2) : Đ th bi u di nồ ị ể ễ m ng logicạ
 V2 V1
 T : t p các yêu c u k t n iậ ầ ế ố
 Ti T:∊
 (oi,di): Yêu c u k t n i t oi đ n diầ ế ố ừ ế
 và : Hai lightpath (hai đ ng phân bi t không chung đ nh – trườ ệ ỉ ừ
đ nh oi, di) t oi đ n diỉ ừ ế1
iL 2
iL
⊂

8. Đ u raầ
 V iớ m i yêu c uỗ ầ :
 Tìm hai đ ng truy n v t lýườ ề ậ phân bi t không chung đ nh (tr đ nhệ ỉ ừ ỉ
đ u, đ nh cu i c a yêu c u) t ng ng v i haiầ ỉ ố ủ ầ ươ ứ ớ lightpath L1 và L2.
 Đ ng truy n v t lýườ ề ậ t ng ng v iươ ứ ớ L1 là đ ng truy n chínhườ ề
 Đ ng truy n v t lýườ ề ậ t ng ng v iươ ứ ớ L2 là đ ng truy n d phòngườ ề ự
 T ngổ chi phí xây d ng các đ ng truy n v t lýự ườ ề ậ là nh nh tỏ ấ
∑=
∈ '
)(
Ee
ecCost min
c(e) : Tr ng s c a c nh eọ ố ủ ạ
E’ : T p các c nh trên các đ ng truy n v t lýậ ạ ườ ề ậ

9. Ví dụ
Đ ng truy n chínhườ ề
G2
G1
L2
L1
V
1
V
2
V
3
V
5
V
4
W
7
W
1
W
2
W
8
W
3
W
4
W
5
W
6
Đ ng truy n dườ ề ự
phòng

10. ng d ng th c tỨ ụ ự ế
 Xây d ng m ng lõiự ạ
 Xây d ng m ng giao thôngự ạ

11. Các nghiên c u liên quanứ
 1. Kerivin, H., Mahjoub, A.R.: Design of survivable
networks: A survey . Networks 46(1), 1-21(2005).
 T ng h p các mô hình bài toán m ng ch u l i và gi iổ ợ ạ ị ỗ ả
thu t s d ng gi i các mô hình đóậ ử ụ ả
 2. Mahjoub, A.R, Borne, S., Gourdin, E., Liau, B..: Design
of survivable IP-opver-optical network. Annals of
Operations Research 2006, pp.33
 Mô hình bài toán MSOND và gi i thu t Branch andả ậ
Cut

12. Các nghiên c u liên quanứ
 3. Sylvie Borne, Virginie Gabrel, Ridha Mahjoub, and
Raoutia Taktak : Multilayer Survivable Optical Network
Design, INOC 2011, Springer-Verlag Berlin Heidelberg
2011, pp.6
 Đ a ra mô hình bài toán nh ph n trênư ư ầ
 Ch ng minh bài toán MSOND làứ bài toán NP-khó
ngay c tr ng h p |K| = 1ả ườ ợ
 Đ xu t gi i thu tề ấ ả ậ Branch and Price gi i bài toánả
 Ch gi i quy t đ c các bài toán có kích th c đ thỉ ả ế ượ ướ ồ ị
đ u vào nh h n 13 đ nh.ầ ỏ ơ ỉ

13. GI I THU T Đ XU TẢ Ậ Ề Ấ
Gi i thu t di truy n gi i bài toán thi t kả ậ ề ả ế ế
m ng quang ch u l i đa t ng -ạ ị ỗ ầ GAMSOND
10/9/13 13

14. GAMSOND
 Mã hóa
 Hàm thích nghi
 Kh i t o qu n th ban đ uở ạ ầ ể ầ
 Toán t lai ghépử
 Toán t đ t bi nử ộ ế
 Đ u tranh sinh t nấ ồ

15. Mã hóa l i gi iờ ả
 Cá thể
 Mã hóa m t l i gi i c a bài toánộ ờ ả ủ
 k- nhi m s c thễ ắ ể
 Nhi m s c thễ ắ ể
 Bi u di nể ễ 2 đ ng truy n v t lýườ ề ậ c a m t yêu c uủ ộ ầ
 2 gen: gen chính và gen d phòngự
 Gen
 Các đ nh trên m tỉ ộ đ ng truy n v t lýườ ề ậ
 Gen chính: bi u di nể ễ đ ng truy n chínhườ ề t ng ng v i L1ươ ứ ớ
 Gen d phòng:ự bi u di nể ễ đ ng truy n d phòngườ ề ự t ng ng v iươ ứ ớ
L2
15

16. Mã hóa l i gi iờ ả
t0 4 0 1 4 5 3 1
t1 3 4 3 0 5 4
t2 5 1 3 5 0 4 6 3
….
tk 6 2 4 6 3 4
ti : yêu c u th iầ ứ
Nhi mễ
s cắ
thể
Gen chính Gen d phòngự

17. Hàm chi phí
 Đ thích nghiộ c a cá th đ c th hi n quaủ ể ượ ể ệ hàm chi phí:
∑=
∈ '
)()(
Ee
i ecpCost
c(e): tr ng s c nh eọ ố ạ
E’: T p các c nh trên t t c cácậ ạ ấ ả
đ ng truy n v t lýườ ề ậ
pi: Cá th pi trong qu n thể ầ ể
min

18. Kh i t o genở ạ
 M t gen bi u di n m tộ ể ễ ộ đ ng truy n v t lýườ ề ậ t ng ngươ ứ
v i m tớ ộ lightpath.
 V n đấ ề: xây d ng m t đ ng đi đi qua m t t p đ nh choự ộ ườ ộ ậ ỉ
tr c, theo m t th t cho tr cướ ộ ứ ự ướ
2
3
4
1
2
3
4
5
Đ nh t doỉ ự
Đ nh yêu c uỉ ầ

19. Xây d ng đ ng đi gi a hai đ nhự ườ ữ ỉ
A BĐ nh ngu nỉ ồ Đ nh t doỉ ự Đ nh đíchỉ
A
B
x {0,1,2}∈
x = 2

20. Kh i t o genở ạ
1 5
2
3
4
Đ nh ngu nỉ ồ Đ nh t doỉ ự Đ nh đíchỉ Đ nh yêu c uỉ ầ
1
2
3
4
5

21. Kh i t o nhi m s c thở ạ ễ ắ ể
Ph ng pháp kh i t o ng u nhiên:ươ ở ạ ẫ
 Kh i t oở ạ gen chính:
 Kh i t o gen t ng ng v i lightpath L1ở ạ ươ ứ ớ
 Kh i t oở ạ gen d phòngự :
 Lo i b các đ nh trong gen chínhạ ỏ ỉ
 Kh i t o gen t ng ng v i lightpath L2ở ạ ươ ứ ớ
10/9/13
Đ nh ngu nỉ ồ
Đ nh t doỉ ự
Đ nh đíchỉ
Đ nh yêu c uỉ ầ
Đ ng truy nườ ề
chínhĐ ng d phòngườ ự
1 5
2
3
0
4

22. Kh i t o nhi m s c thở ạ ễ ắ ể
Kh i t o h ng t tở ạ ướ ố
 Ý t ng:ưở T n d ng nh ng c nh v t lý đã s d ng đ gi m chiậ ụ ữ ạ ậ ử ụ ể ả
phí
 Kh i t oở ạ gen chính:
 Kh i t o 100 gen t ng ng v i lightpath L1ở ạ ươ ứ ớ
 Tính toán chi phí các gen trên đ th chi phíồ ị
 Ch n gen có chi phí t t nh tọ ố ấ
 Kh i t oở ạ gen d phòngự :
 Lo i b các đ nh đã s d ng trong gen chínhạ ỏ ỉ ử ụ
 Kh i t o 100 gen t ng ng v i lightpath L2ở ạ ươ ứ ớ
 Tính toán chi phí các gen trên đ th chi phíồ ị
 Ch n gen có chi phí t t nh tọ ố ấ
10/9/13

23. Kh i t o cá thở ạ ể
 Kh i t o ng u nhiênở ạ ẫ :
 L n l t kh i t o các NST c a cá th b ng ph ng phápầ ượ ở ạ ủ ể ằ ươ
kh i t o ng u nhiênở ạ ẫ
 Kh i t o h ng t t:ở ạ ướ ố
 L n l t kh i t o các NST c a cá th b ng ph ng phápầ ượ ở ạ ủ ể ằ ươ
kh i t o h ng t t.ở ạ ướ ố
 Sau m i b c kh i t o đ c 1 NST, c p nh t các tr ng sỗ ướ ở ạ ượ ậ ậ ọ ố
trên đ th chi phíồ ị

24. Toán t lai ghépử
 Lai ghép trao đ i nhi m s c thổ ễ ắ ể
 Lai ghép trao đ i genổ

25. Lai ghép trao đ i nhi m s c thổ ễ ắ ể
P1 P2
Con1
Con 2
Gen chính c a P1ủ
Gen d phòng c a P1ự ủ
Gen chính c a P2ủ
Gen d phòng c a P2ự ủ
Đi m c tể ắ

26. Lai ghép trao đ i genổ
P1 P2
Gen chính c a P1ủ
Gen d phòng c a P1ự ủ
Gen chính c a P2ủ
Gen d phòng c a P2ự ủ
Con
Thay thế
thành công
Thay thế không
thành công
Thay th thành công:ế
Sau khi thay th ta đ cế ượ
c p gen chính và gen dặ ự
phòng là hai đ ng đi phânườ
bi t (không chung đ nh)ệ ỉ
Đi m c tể ắ

27. Toán t đ t bi nử ộ ế
 Đ t bi n tái t o nhi m s c thộ ế ạ ễ ắ ể
 Đ t bi n bi n đ i genộ ế ế ổ
 Đ t bi n tái t o cá th - lo i 1ộ ế ạ ể ạ
 Đ t bi n tái t o cá th - lo i 2ộ ế ạ ể ạ
10/9/13
Gen working

28. Đ t bi n tái t o nhi m s c thộ ế ạ ễ ắ ể
10/9/13
t
0
4 0 1 4 5 3 4
t
1
3 4 3 0 5 3
t
2
5 1 3 5 0 4 6 3
…
t
k
6 2 4 6 3 6
t
2
5 0 2 3 5 4 3
Gen d phòngựGen chính Gen d phòngựGen chính
t
0
4 0 1 4 5 3 4
t
1
3 4 3 0 5 3
t
2
5 0 2 3 5 4 3
…
t
k
6 2 4 6 3 6
P Co
n

29. Đ t bi n bi n đ i genộ ế ế ổ
 Ch n ng u nhiên 1 cá th trong qu n thọ ẫ ể ầ ể
 Th c hi n sinh 3 cá th m i b ng cách:ự ệ ể ớ ằ
 Xóa 1 đ nh trong 1 gen ng u nhiên c a cá thỉ ẫ ủ ể
 Thêm 1 đ nh vào 1 gen ng u nhiên c a cá thỉ ẫ ủ ể
 Thay th 1 đ nh trong 1 gen ng u nhiên c a cá thế ỉ ẫ ủ ể
 Tính chi phí cho các cá th m i sinh raể ớ
 Ch n cá th t t nh tọ ể ố ấ

30. Đ t bi n tái t o cá th - lo i 1ộ ế ạ ể ạ
Gen chính c a P1ủ
Gen d phòng c a P1ự ủ
Gen chính c a conủ
Gen d phòng c a conự ủ
ConP
Tái t oạ
Tái t o:ạ
Kh i t o các nhi m s c thở ạ ễ ắ ể
theo ph ng pháp h ngươ ướ
t tố
Đi m c tể ắ

31. Đ t bi n tái t o cá th - lo i 2ộ ế ạ ể ạ
Gen chính c a P1ủ
Gen d phòng c a P1ự ủ
Gen chính c a conủ
Gen d phòng c a conự ủ
ConP
Tái t oạ
Tái t o:ạ
Kh i t o các nhi m s c thở ạ ễ ắ ể
theo ph ng pháp h ngươ ướ
t tố

32. Chi n l c đ u tranh sinh t nế ượ ấ ồ
 Gi l i nh ng cá th u tú nh tữ ạ ữ ể ư ấ

33. K t qu th c nghi mế ả ự ệ
D li u th nghi mữ ệ ử ệ
Môi tr ng th nghi mườ ử ệ
Các tham s th nghi mố ử ệ
K t qu đ t đ cế ả ạ ượ
10/9/13 33

34. D li u th nghi mữ ệ ử ệ
 D li u th nghi m (Mahjoub et al. 2011):ữ ệ ử ệ
 B d li u ng u nhiênộ ữ ệ ẫ
 B d li u t th c tộ ữ ệ ừ ự ế
|V2| |V1| |K|
6 4 2, 4, 5, 6
8 6 2, 4, 5, 6, 8, 10, 15
10 8 2, 4, 5, 6, 8, 10, 12,14, 15, 16, 18, 20, 25
12 10 2, 4, 5, 6, 8, 10, 15
20 18 2, 40, 80, 150
40 35 2, 40, 80, 150
60 55 2, 40, 80, 150
80 75 2, 40, 80, 150
100 95 2, 40, 80, 150
Branch and
Price

35. Môi tr ng th nghi mườ ử ệ
STT Ph nầ
c ngứ
Lo iạ
1 CPU Intel Core2Duo T5670 @1.8Ghz
2 RAM 2GB DDR II @800Mhz
3 HDD Hitachi 150GB
Ngôn ng l p trình: Javaữ ậ
Công c : Eclipse 3.7ụ
H đi u hành : Windows 7ệ ề
C u hình máy tính ch y th nghi m:ấ ạ ử ệ

36. Các tham s th nghi mố ử ệ
STT Tham số Giá trị
1 Kích th c qu n th ban đ uướ ầ ể ầ 600
2 S cá th kh i t o ng u nhiênố ể ở ạ ẫ 300
3 S cá th kh i t o h ng t tố ể ở ạ ướ ố 300
4 T l lai ghép trao đ i nhi m s c thỷ ệ ổ ễ ắ ể 20%
5 T l lai ghép trao đ i genỷ ệ ổ 20%
6 T l đ t bi n bi n đ i genỷ ệ ộ ế ế ổ 5%
7 T l đ t bi n tái t o nhi m s c thỷ ệ ộ ế ạ ễ ắ ể 5%
8 T l đ t bi n tái t o cá th - lo i 1ỷ ệ ộ ế ạ ể ạ 10%
9 T l đ t bi n tái t o cá th - lo i 2ỷ ệ ộ ế ạ ể ạ 10%
10 S th h cho phép l p l i giá tr t t nh tố ế ệ ặ ạ ị ố ấ 150
11 S th h t i đaố ế ệ ố 800
12 S l n th nghi m trên m i b d li uố ầ ử ệ ỗ ộ ữ ệ 20

37. So sánh gi i thu t GAMSOND và Branchả ậ
and Price trên các b d li u ng u nhiênộ ữ ệ ẫ
Chi phí xây d ng m ngự ạ
B d li uộ ữ ệ

38. So sánh gi i thu t GAMSOND và Branchả ậ
and Price trên các b d li u th c tộ ữ ệ ự ế
B d li uộ ữ ệ
Chi phí xây d ng m ngự ạ

39. K t qu đ t đ cế ả ạ ượ
 Trên 66 b d li uộ ữ ệ th nghi m mà gi i thu t Branchử ệ ả ậ
and Price có th đ a ra đ c l i gi i:ể ư ượ ờ ả
Chi phí 0% 0-5% 5-10% 10-15% 15-20%
D li uữ ệ 45.45% 19.70% 15.15% 6.06% 13.64%
 Trên các b d li u mà gi i thu t Branch and Price khôngộ ữ ệ ả ậ
th đ a ra l i gi i, gi i thu t GAMSOND đ a ra đ cể ư ờ ả ả ậ ư ượ
l i gi i trong th i gian ch p nh n đ c.ờ ả ờ ấ ậ ượ

40. H ng phát tri nướ ể
 C i ti n k t qu gi i thu t GAMSOND:ả ế ế ả ả ậ
 T i u hóa tham s c a gi i thu t GAMSONDố ư ố ủ ả ậ
 Cài đ t thêm các toán t lai ghép, đ t bi n m iặ ử ộ ế ớ
 Áp d ng các gi i thu t Heuristic đ kh i t o đ ngụ ả ậ ể ở ạ ườ
đi
 M r ng bài toán MSONDở ộ
 Nghiên c u bài toán MSOND d i góc đ bài toánứ ướ ộ t iố
u hóa đa m c tiêuư ụ : Ch p nh n 1 thi t k v i t lấ ậ ế ế ớ ỷ ệ
l i nh t đ nh đ có chi phí t t h n.ỗ ấ ị ể ố ơ

41. Chân thành c m nả ơ
quý th y cô và t t c các b nầ ấ ả ạ
!